Wir stellen fest, dass der Blütenduft der Orchidee Gymnadenia conopsea zwischen Tag und Nacht unterschiedlich ist und die Duftzunahme von Tag zu Nacht bei Populationen mit nächtlicher Bestäubung stärker ist. Dies ist die erste Studie, die über genetische Unterschiede in den Emissionsrhythmen von Blumendüften innerhalb derselben Art berichtet, und dies ist ein wichtiger erster Schritt, um die Entwicklung des Blumenduftes zu verstehen.

Blumiger Duft: wichtig, aber komplex

Pflanzen locken Bestäuber durch eine Reihe von Blütensignalen zu ihren Blüten, darunter Form, Größe, Farbe und Blütenduft. Wissenschaftler betrachten insbesondere Blumendüfte als einen wichtigen Lockstoff für Bestäuber. Wir verstehen jedoch immer noch nicht viel über die Entwicklung und Diversifizierung des Blumenduftes, da es sich um ein komplexes Merkmal handelt, das untersucht werden muss. Tatsächlich können nicht nur die Zusammensetzung, sondern auch die Menge und der Zeitpunkt der Freisetzung von Blumendüften zwischen einzelnen Pflanzen und zwischen Pflanzenarten variieren. Darüber hinaus beeinflusst die Umgebung der Pflanze all diese Aspekte des Blumenduftes. Höhere Temperaturen können zum Beispiel eine Zunahme der Emissionen von Blumendüften und eine Veränderung ihrer chemischen Zusammensetzung bewirken. Wenn der Blumenduft dennoch wichtig für die Anziehungskraft von Bestäubern ist, erwarten wir, dass seine Zusammensetzung und der Zeitpunkt der Emission mit den Hauptbestäubern und ihrer Aktivitätszeit übereinstimmen.

In unserer Studie testen wir, ob die Rhythmen der Duftabgabe in der Duftorchidee, Gymnadenia conopsea (Orchidaceae), unterscheiden zwischen Populationen, die von Nacht- und Tagesbestäubung dominiert werden. Wir haben sechs Populationen untersucht, vier in Südschweden und zwei in Mittelnorwegen. Wir wussten aus früheren Studien, dass in Südschweden nachtaktive Bestäuber häufiger sind und mehr zur Bestäubung beitragen als tagaktive Bestäuber, während in Mittelnorwegen das Gegenteil der Fall ist.

Wir haben auch einige Pflanzen ins Labor gebracht, um sie alle der gleichen Umgebung auszusetzen. Wir wollten sehen, ob wir Duftunterschiede zwischen Pflanzen verschiedener Populationen auch im Labor feststellen konnten. Wenn die in der Natur beobachteten Unterschiede im Labor verschwinden, bedeutet dies, dass sie durch Unterschiede in der natürlichen Umgebung (z. B. Temperatur oder Luftfeuchtigkeit) verursacht werden. Wenn einige Unterschiede im Labor verbleiben, sind sie wahrscheinlich genetisch bedingt und könnten das Ergebnis einer Anpassung sein. Nur sehr wenige Studien über Blumendüfte haben diesen Test durchgeführt. Dies ist ein großer Vorteil unserer Studie, da sie wichtige Informationen liefert, die es uns ermöglichen, stärkere evolutionäre Schlussfolgerungen zu ziehen.

Wir dachten, dass die Geruchsemissionen bei den schwedischen Populationen nachts am höchsten und bei den norwegischen Populationen tagsüber am höchsten sein sollten. Wir haben erwartet, diese Unterschiede sowohl in der Natur als auch im Labor zu sehen.

Wie probiert man Blumendüfte?

Wir haben eine Methode namens Dynamic Headspace Sampling verwendet. Diese weit verbreitete Methode hat den großen Vorteil, dass nicht nur analysiert werden kann, WELCHE Verbindungen im Blumenduft enthalten sind, sondern vor allem auch, WIE VIEL von jeder der Verbindungen emittiert wird (die Duftemissionsrate). Dies war für unser Projekt unerlässlich, da wir Unterschiede in den Emissionsraten zwischen Tag und Nacht erwarteten.

Diese Methode entpuppt sich als nicht so hochtechnologisch, wie man erwarten könnte: Was Sie brauchen, ist eine Pumpe, einige Schläuche und Verbindungsstücke, ein Durchflussmesser, eine Geruchsfalle und eine Plastiktüte, in der Sie die Blumen verpacken, die Sie probieren möchten (Abbildung 1AB). Sie schneiden oben in den Beutel ein Loch, damit Luft in den Beutel, durch die Geruchsfalle und in den Schlauch gepumpt werden kann, der mit der Pumpe verbunden ist (Abbildung 1C). Die Fallen enthalten eine Substanz, die die Duftstoffe einfängt. Sie müssen die Verbindungen mit einem Lösungsmittel extrahieren, um Ihre endgültigen Duftproben zu erhalten (Abbildung 1F). Bei der Probenahme von Düften müssen Sie sehr vorsichtig sein, um die Proben nicht zu kontaminieren: Wir könnten beispielsweise kein Sonnenschutzmittel (ziemlich gut in Skandinavien) oder Mückenschutzmittel (nicht so gut in der Dämmerung, Abbildung 1E) tragen.

Der eigentliche Hightech-Teil findet später im Labor statt, wenn wir die Duftproben in einem Gaschromatographen gekoppelt mit einem Massenspektrometer (GC-MS) laufen lassen. Dieses GC-MS-Gerät trennt und detektiert die in der Probe vorhandenen Verbindungen.

Ergebnisse

Wie erwartet fanden wir heraus, dass der Blumenduft in den Populationen aus Südschweden, wo die nächtliche Bestäubung wichtiger ist, von Tag zu Nacht zunimmt. Bei den beiden norwegischen Populationen sind die nächtlichen Blütenduftemissionen tatsächlich geringer als bei den schwedischen. Aber entgegen unseren Erwartungen ist die Geruchsemission tagsüber immer noch geringer als die Emission in der Nacht. Das bedeutet, dass es in Norwegen keine Umkehrung des Geruchsabgaberhythmus gibt. Aber wenn wir genauer hinschauen, bemerken wir etwas Interessantes: Es gibt einige Pflanzen mit umgekehrten Rhythmen in einer der norwegischen Populationen, Sølendet.

Ein wichtiges Ergebnis unserer Studie ist, dass wir diese Unterschiede auch im Labor sehen. Dies bedeutet, dass die im Feld beschriebene Geruchsvariation wahrscheinlich genetisch bedingt ist. Das macht unsere Ergebnisse überzeugender. Im Labor werden die Unterschiede zwischen den Populationen sogar noch deutlicher, wahrscheinlich weil wir einige Umwelteinflüsse entfernt haben. Dies ist wichtig, weil wir glauben, dass einige unserer Feldpopulationen aufgrund von Dürre ungewöhnlich niedrige Duftemissionen aufweisen könnten. Es ist bemerkenswert, dass wir in der üblichen Laborumgebung einen entgegengesetzten Rhythmus für die Sølendet-Pflanzen beobachtet haben, als wir ursprünglich erwartet hatten.

Folgen

Unsere Studie legt nahe, dass sich unterschiedliche Duftabgaberhythmen als Reaktion auf lokale Bestäuberansammlungen entwickelt haben und dass der Zeitpunkt der Duftabgabe eine wichtige Komponente der Duftvariation ist. Frühere Studien zur räumlichen Variation von Blumendüften haben sich weitgehend auf die Duftzusammensetzung konzentriert, aber diese Studie zeigt, dass sowohl die Zusammensetzung als auch die Emissionsrhythmen für ein vollständiges Verständnis der Variation von Blumendüften berücksichtigt werden sollten. Dies ist die erste Studie, die über genetische Unterschiede in den Emissionsrhythmen von Blumendüften innerhalb derselben Art berichtet, und dies ist ein wichtiger erster Schritt, um die Entwicklung von Blumendüften zu verstehen.

Wir versuchen jetzt, zum nächsten Schritt überzugehen: Können wir die natürliche Selektion auf Blumendüfte in Aktion sehen? Genauer gesagt, selektieren Bestäuber tatsächlich für eine stärkere Duftemission einiger Verbindungen?